(57)【要約】【課題】理科実験等において電磁誘導の法則による発電原理を理解するために，入手容易で安価な材料を用いた児童から学生まで自ら製作可能な簡易型発電原理実験装置の提供。【解決手段】本考案は，回転体であるぶんぶんごまの中心から対称な位置に磁石を固着し，コイルの近傍で回転させることで起電力を得て発光ダイオードを点灯するものである。さらにコイルの端子に計測器を接続し，定量的な測定も可能とした。材料は厚紙・タコ糸・フェライト磁石・エナメル線等からなり，入手容易かつ安価であり児童から学生まで自作可能である。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導の法則を演示する実験装置であって，回転体に磁石を固着し，前記回転体をコイルの近傍で回転させて，前記電磁誘導の法則を演示することを特徴とする実験装置。
【請求項２】
前記回転体の前記回転中心の近傍に複数の孔を設け，前記複数の孔にひも等を複数貫通させて，前記ひも等の張力を増減させることにより，前記ひも等に捩れを加えたり，前記捩れを開放させたりして，前記回転体を回転させることを特徴とする請求項１に記載の実験装置。
【請求項３】
前記回転体が厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた平板からなることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の実験装置。
【請求項４】
前記コイルは巻数の異なるもの数種類からなり，前記コイルの支持具に交換取付けができることを特徴とする請求項１，請求項２および請求項３に記載の実験装置。
【請求項５】
前記コイルの前記支持具として，厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた平板を用いて，前記支持具を容易に製作できることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３および請求項４に記載の実験装置。
【請求項６】
前記コイルの前期支持具に発光ダイオード，電流計，電圧計，オシロスコープ等の接続手段を持つことを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４および請求項５に記載の実験装置。
【請求項７】
前記コイルの前記支持具を保持するクリップ部と，前記支持具の高さ位置を調節できるスライド部を持つ架台を配設したことを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，請求項５および請求項６に記載の実験装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案は教育実験等において，電磁誘導の法則による発電を説明するために用いられる簡易型発電原理実験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】電磁誘導の法則を説明する実験装置として，図４に示す発電原理実験装置が知られている。【０００３】これはコイルケース４１を手でつかみ，傾けたり左右に振ることで透明パイプ４２の中の磁石２を滑らせ，コイル４中を通過させることによって磁束密度の変化をもたらし，コイル４の両端に発生する起電力によって発光ダイオード５を点灯し，発電を目視観察するものである。【０００４】また図５に示すようにコイル４の両端に発光ダイオード５を半田付けしたものを回転体１に埋設し，磁石２の近傍で回転させることによって磁束密度を変化させ，発光ダイオード５を点灯し，発電を目視観察する本考案人による実験装置も知られている。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】図４に示すような実験装置では，コイルケース４１と透明パイプ４２が固定されており，電磁誘導の法則の一つである「コイルの巻数を増やすほど起電力は大きくなる」ことを検証できない。【０００６】さらに電圧や電流を定量的に測定する手段を持たないという欠点があった。【０００７】コイル４中の磁束密度の時間的変化率を大きくするには，透明パイプ４２の中の磁石２を素早く滑らすことが必要であるが，おのずと限界があるので，それを補うために磁力の大きなアルニコ磁石等の高価な磁石を用意しなければならず，多人数の理科実験等において数量を確保することが困難であった。【０００８】また図５に示すような実験装置では，図４に示す実験装置に較べてコイル４の巻数を変化させることは可能ではあるが，発光ダイオード５を点灯させる起電力を得るには，コイル４の巻数を数百回としなければならず，大きくかつ重くなり回転体１に埋設することも回転させることも困難となる欠点があった。【０００９】さらに回転するコイル４に発生する電圧や電流を定量的に測定する手段を設けることは不可能であった。【００１０】回転体１を回転させるには大きさも重さも限界があるので，埋設するコイル４の巻数は制限されてしまう。【００１１】この条件下で発光ダイオード５を点灯させる起電力を得るには磁力の大きなネオジウム磁石等の高価な磁石を用意しなければならず，多人数の理科実験等において数量を確保することがやはり困難であった。【００１２】本考案の目的は，理科実験等において電磁誘導の法則による発電原理を定性的な観察だけではなく，定量的な測定を可能にすることによって，児童から学生まで幅広い層の理解に供することにある。【００１３】さらに入手容易で安価な材料を用いることによって，児童から学生まで自ら製作可能な簡易型発電原理実験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】電磁誘導の法則を演示する実験装置であって，回転体に磁石を固着し，コイルの近傍で回転させて起電力を生じさせることを特徴とする実験装置。【００１５】回転体の回転中心の近傍に複数の孔を設け，その孔にひも等を貫通させて，ひも等の張力を増減させることにより，捩れを加えたり開放させたりして，回転体を回転させることを特徴とする実験装置。【００１６】回転体が厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた平板からなることを特徴とする実験装置。【００１７】コイルは巻数の異なるもの数種類からなり，コイルの支持具に交換取付けができること特徴とする実験装置。【００１８】コイルの支持具として，厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた平板を用いて容易に製作できることを特徴とする実験装置。【００１９】コイルの支持具に発光ダイオード，電流計，電圧計，オシロスコープ等の接続手段を持つことを特徴とする実験装置。【００２０】コイルの支持具を保持するクリップ部と，支持具の高さ位置を調節できるスライド部を持つ架台を配設したことを特徴とする実験装置。
【考案の効果】
【００２１】本考案によれば電磁誘導の法則による発電原理を発光ダイオードを点灯させる定性的な観察だけではなく，電流計・電圧計・オシロスコープ等の計測器を接続して測定を可能にすることによって，児童から学生まで幅広い層に理解させることができる。【００２２】また電磁誘導の法則の一つである「コイルの巻数を増やすほど起電力は大きくなる」ことも，巻数の異なるコイルを数種類用意することで検証できる。【００２３】本考案の発電実験装置は，厚紙・タコ糸・フェライト磁石・エナメル線等の入手容易で安価な材料を用いることによって児童から学生まで自ら製作することができる。【００２４】さらに実験においては，回転体を実験者自らの力で回すことで体感を通して楽しく発電原理を理解できる効果がある。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２５】以下，図１〜図５を参照して本考案の実施の形態を説明する。【００２６】電磁誘導の法則は，コイルと磁石の相対的な運動によりコイルの中心軸方向の磁束密度を変化させ，コイルの両端に起電力を生じさせるという発電原理を表している。【００２７】この発電原理を説明する装置として従来は図４に示す実験装置があった。【００２８】まさしくコイル４の中心軸方向に磁石２を通過させることによって磁束密度の変化を得たのである。【００２９】図３は本考案の基本原理を説明する図である。【００３０】本考案においては図３に示すように静止したコイル４の中心軸を横切るように磁石２を回転させて磁束密度を変化させ，コイル４の両端７ａと７ｂの間に起電力を生じさせることを特徴としている。【００３１】また，コイルと磁石の相対的な運動により起電力が生じることから図５に示すように静止した磁石２の磁束を横切るようにコイル４を回転させて磁束密度を変化させる本考案人による従来の実験装置においては，「考案が解決しようとする課題」の項で述べた欠点を持つ。【００３２】図１は上述の欠点を改良し，発電原理を説明するための本考案による発電実験装置の一実施の形態を示す図である。【００３３】１は厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた回転体である。【００３４】２は磁石であり，回転体１の中心から対称な位置に接着剤または接着テープ等で固着してある。【００３５】３はタコ糸等のひもからなり，回転体１の中心に対称な二つの貫通孔を通して結束し，一つの環を形成している。【００３６】実験者はひも３で形成された環の両端に指を通してひも３を引っ張り回転体１を対向する両手を軸として回転させ，ひも３に撚りを与える。【００３７】その後，両手を左右に引いたり緩めたりすることで，ひも３の撚りを増し回転体１に回転力を与える。【００３８】この動作により，回転体１に固着した磁石２は回転体１の中心を回転軸として高速回転することとなる。【００３９】４はコイルであり，巻数の異なるものを数種類用意することができる。【００４０】５はコイル４を固定する機構を持った支持具であり，コイル４の両端と発光ダイオード５または計測器を接続する端子７ａおよび７ｂを備えている。【００４１】上述したように図１に示した実験装置を用いれば，コイル４の近傍で磁石２を固着した回転体１を回転させることにより，電磁誘導の法則による発電原理を説明することができる。【００４２】図２は本考案による発電実験装置の他の実施形態を示す図である。【００４３】コイル支持具６はクリップ部８ａではさまれ，架台８のスライド部８ｂに取付けられている。【００４４】スライド部８ｂは手動で高さ位置を変更して任意の位置で固定し，コイル支持具６の高さを調節することができる。【００４５】またスライド部８ｂの代わりに，架台８に高さ位置の異なる複数の係止具を設け，いずれかの係止具にコイル支持具５を直接掛けて高さ位置を変更するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本考案による発電実験装置の一実施の形態を示す図。
【図２】本考案による発電実験装置の他の実施形態を示す図。
【図３】本考案の基本原理を説明する図。
【図４】発電原理実験装置の他の例を示す図。
【図５】本考案人による従来の実験装置を示す図。
【符号の説明】
【００４７】  １    回転体
２    磁石
３    ひも
４    コイル
５    発光ダイオード
６    コイル支持具
７ａ  端子
７ｂ  端子
８    架台
８ａ  クリップ部
８ｂ  スライド部
４１  コイルケース
４２  透明パイプ
４３  蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003123001.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月27日(2006.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導の法則を演示する実験装置であって，回転体に磁石を固着し，前記回転体をコイルの近傍で回転させて，前記電磁誘導の法則を演示することを特徴とする実験装置。
【請求項２】
前記回転体の前記回転中心の近傍に複数の孔を設け，前記複数の孔にひも等を複数貫通させて，前記ひも等の張力を増減させることにより，前記ひも等に捩れを加えたり，前記捩れを開放させたりして，前記回転体を回転させることを特徴とする請求項１に記載の実験装置。
【請求項３】
前記回転体が厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた平板からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の実験装置。
【請求項４】
前記コイルは巻数の異なるもの数種類からなり，前記コイルの支持具に交換取付けができることを特徴とする請求項１，請求項２および請求項３のいずれか一項に記載の実験装置。
【請求項５】
前記コイルの前記支持具として，厚紙またはこれに類する軽量かつ堅牢な材質でできた平板を用いて，前記支持具を容易に製作できることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３および請求項４のいずれか一項に記載の実験装置。
【請求項６】
前記コイルの前期支持具に発光ダイオード，電流計，電圧計，オシロスコープ等の接続手段を持つことを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４および請求項５のいずれか一項に記載の実験装置。
【請求項７】
前記コイルの前記支持具を保持するクリップ部と，前記支持具の高さ位置を調節できるスライド部を持つ架台を配設したことを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，請求項５および請求項６のいずれか一項に記載の実験装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】  ６はコイル４を固定する機構を持った支持具であり，コイル４の両端と発光ダイオード５または計測器を接続する端子７ａおよび７ｂを備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】  またスライド部８ｂの代わりに，架台８に高さ位置の異なる複数の係止具を設け，いずれかの係止具にコイル支持具６を直接掛けて高さ位置を変更するようにしても良い。